CC BY
8УДК 504.054
Литвинов В.А., старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: [email protected]
Дядюн Т.О., студент, направление подготовки 21.03.02. Землеустройство и кадастры, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail:[email protected]
ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД ОТ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА В ЛОКАЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЯХ
В настоящее время, в условиях развития малых форм бизнеса, отмечается стремительный рост малых предприятий сельскохозяйственной, пищевой, легкой промышленности. Без использования воды не представляется возможным осуществление какого-либо производственного процесса. Так или иначе, определенное количество воды затрачивается в процессе производства. При это, послеиспользования во-дывозникают стоки специфического состава, которые необходимо утилизировать.
Ключевые слова: очистка сточных вод, азот, локальные очистные сооружения, биофильтры, микроорганизмы, сток, предприятия.
В водоем часто попадают продукты жизнедеятельности живых организмов, и процесс их разложения сопровождается образованием большого количества таких веществ, как фосфор, азот и аммиак. В составе природных вод азот может быть в двух ви-
дах: азот в неорганических соединениях и азот в составе органических соединений. Неорганические соединения, как правило, представляются в растворенном виде, а органические соединения встречаются в виде взвешенных и коллоидных форм.
Рисунок 1 - Схема круговорота азота в биосфере
Заметное повышение концентрации азота в водоеме может привести к ухудшению качества воды и эвтрофикации водоема. Для человека азот опасен тем, что может привести к поражению центральной нервной системы, а также азот растворяется в жировой ткани человека, тем самым вызывая интоксикацию организма.
Многие малые предприятия с учетом экономической целесообразности выбирают местом своего расположения сельские местности, но возникает проблема организации очищения воды, т. к. они лишены канализационной системы. Необходимо организовать свои локальные очистные сооруже-
ния (ЛОС). Но важно отметить, что йоханнесбург-ский процесс очистки сточных водне подходит в условиях ЛОС. И невозможность использования такого процесса объясняется следующими причинами:
- технологию очистки необходимо разрабатывать для каждого конкретного предприятия, так как сток имеет специфический состав, а значит нужно забыть о классическом методе очистки воды;
- на режимах работы негативно сказывается временные колебания в работе ЛОС.
В настоящее время, биологический способ очистки сточных вод является одним из современ-
ШАГ В НАУКУ
1/2019
ных методов очистки. При этом речь идет о различных модификациях указанного способа.
Учитывая применимые в условиях ЛОС малых предприятий некоторые инновационные способы биологической очистки стоков.
Биологическая очистка воды сегодня должна обеспечивать удаление биогенных элементов.
Биологическая очистка базируется на двух принципах:
Сточила вол.1
Рисунок 2
Получению альтернативных видов топлива также способствует биологическая очистка сточных вод, это связано с тем, что во многих случаях продуктами реакции является биогаз (смесь С02 и СН4 в соотношении 1:3).
В ходе исследования было также доказано, что изменяется состав биогаза и доля метана в сточной воде в зависимости от содержащихся в ней органических веществ. Например, ее компоненты, как углеводы, белки, жиры, имеют выход биогаза 0,83; 0,72; 1,43 (см3/г), в котором доля метана составляет (%) 50; 71; 70 соответственно.
В мире приняты два подхода к биологической очистке сточных вод. Но при этом целью этих подходов является создание благоприятных условий для биодеградации загрязнений. Удаление загрязняющих веществ может происходить в следующих условиях: аэробных ианаэробных.
При помощи трех типов микробных агрегатов происходит обработка сточных вод. Этими тремя типами агрегатов являются:
- статические, т. е.вбиофильтрах;
- в виде макрочастиц, или иначе говоря, в реакторах с псевдоожиженным слоем;
- флоккулы (в активном иле).
Биологические резервы позволяют ускорить
процессы очистки и восстановления водных экосистем. При этом речь идет не только о микробных сообществ,ноиобиоценозах [3].
1) способность микроорганизмов превращать примеси воды в биомассу клетки и внеклеточные продукты;
2) способность микроорганизмов синтезировать биофлокулянты и с их помощью образовывать многоклеточные агрегаты, легко отделимые от воды.
Процесс биологической очистки в общем виде можно выразить определенной схемой (рисунок 2).
Очищенная воза
В случае удаления веществ в аэробных условиях используется активный ил (или биопленка), которые представляют собой определенное скопление разнообразных микроорганизмов, видовой состав кото-рыхзависитотконкретныхэкологических условий.
Азот, в первую очередь, представляет собойо-дин из макроэлементов для всего живого. Так, азот в сточных водах представлен в основном в виде минеральных (^ЫН4+, N02-, N03-) и органических (аминокислоты, белки, органические соединения) составляющих. Процесс распада биологически связанного азота до ^ЫН4+ эффективно протекает в аэ-ротенках и биологических прудах. Необходимо заметить, что часть азота включается в органические вещества биомассы активного ила, а часть поступает в сточную воду в виде ^ЫН4+, в результате этого происходит вторичное загрязнение аммонийным азотом.
Азот присутствует в сточной воде на 80-90% в виде аммиака, аммония или мочевины. Преимущественно соединения азота поступают в хозяйственно-бытовые сточные воды вместе с продуктами жизнедеятельности человека. Концентрация азотсодержащих соединений в среднем находится в пределах от 15 до 60 мг/л азота. Сказанное позволяет выявить одну из задач очистки сточных вод. Такой задачей является удаление соединений азота. Указанные формы азота бактерии превращают в иные неорганические формы.
со3. м,. сн4. Нп
!_
Система биологнческой очпсткн:
Бносшиех бноокнслекне н бповоестановленне. флокуляция, адсорбция
1
Огядок
(микроорганизмы, взвешенные вещества, и другие примеси) - Схема биологической очистки сточных вод
Хотя не всегда традиционные методы очистки могут гарантировать достаточный уровень удаления азота, а также эти методы требуют капитальных и эксплуатационных затрат, внесения дополнительных субстратов и высокого энергопотребления.
К тенденции развития биотехнологий в области водоочистки от неорганических соединений азота как к мировой тенденции относится разработка новых низко нагружаемых и высокоэффективных технологий очистки, реализующихся в соответствии с принципами современного развития.
Использование прикрепленных микроорганизмов в виде биопленки представляется нам одним из перспективных путей интенсификации процесса нитрификации-денитрификации. Следует отметить, что, несмотря на наличие различных систем очистки сточных вод с использованием прикрепленных биомасс от соединений азота, каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Любая система очистки отличается, в первую очередь, принципом работы. Так, существуют биореакторы с движением воды относительно неподвижного материала загрузки, а также с движением загрузки относительно воды. Такое движение воды может обеспечиваться как снизу вверх, так и сверху вниз. Успешно применяется для 2-й и 3-й ступеней очистки европейское поколение затопленных биофильтров (фильтры В2а) с многослойной фиксированной загрузкой.
Аэробные микроорганизмы находятся на наружной поверхности биопленок, которые выделя-
ют гидролитические ферменты. Состав более глубоких слоев биопленок образуют микроорганизмы, которые генерируют и потребляют водород, а также микроорганизмы брожения [2]. Последние, т. е. микроорганизмы брожения, производят органические кислоты, которые используются производителями водорода, и получают от них углерод и энергию за счет использования различных сахаров. В дополнение к метаболическим взаимодействиям между микроорганизмами они выделяют сигнальные молекулы, которые обеспечивают меж- и внутривидовую коммуникацию. Пространственной организации биопленки способствуют названные выше особенности микроорганизмов, а также факторы окружающей среды.
Таким образом, проведенное нами исследование позволяет сделать следующие выводы:
1) Биологический метод очистки с использованием иммобилизованного биоценоза в условиях ЛОС представляется наиболее экономически целесообразным методом очистки сточных вод от соединений азота.
2) Только путем использования специально подобранной ассоциации микроорганизмов можно обеспечить наиболее полную биодеградацию компонентов сточных вод малых предприятий.
3) Материал носителя влияет на эффективность очистки сточных вод с помощью биопленки. Для иммобилизации микрофлоры наиболее благоприятен полимерный носитель.
Литература
1. Калмыков, А.А. Возможности утилизации отходов на очистных сооружениях / А.А. Калмыков // Экология производства. - 2017. - № 6. - С. 50-56.
2. Кулишов, С.А., Лыков, И.Н. Инновационные подходы к очистке сточных вод от соединений азота в локальных очистных сооружениях // Молодой ученый. - 2016. - № 14. - С. 263-267.
3. Лыков, И.Н., Логинов, А.А., Кулишов, С.А. Использование процессов биосорбции для повышения эффективности очистки сточных вод и предотвращения экологического ущерба // Вестник Калужского университета. - 2014. - № 3. - С. 5-10.
4. Тятте, А. Круговорот воды в городе / А. Тятте // Экология и право. - 2015. - № 3(59). - С. 42-46.
5. Соколов, С.А. Алгоритмы процессов контроля, управления и мониторинга систем критически важных объектов / С.А. Соколов, А.К. Мусолин // Вестник РГРТУ - 2012. - № 4 - С. 60-67.
